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Methoden der kognitiven Neurowissenschaften (Fach) / Positronen-Emissions-Tmopgraphie (PET) (Lektion)

Diese Lektion wurde von FelixOskarGRI erstellt.

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• PET Definition Ein bildgebendes Verfahren der Nuklearmedizin, dass Schnittbilder von lebenden Organismen erzeugt in dem es die Verteilung einer schwach radioaktiv markierten Substanz im Organismus sichtbar macht. - bildet funktionale Stoffwechselprozesse ab - macht Nuklid-Konzentrationen im nano- und pico (10-12 ) - Bereich sichtbar
• PET Verlauf eines Scans - Nüchterner Patient - Injektion eines Radionuklid in Blutbahn - 50- 75 min. Ruhen bis Verteilung/ Anreicherung im Körper erfolgt ist - Zuerst CT Scan dann PET Scan - Dauer Gehirnscans ca. 10 min - geräuschlos
• Radionuklide In einem Atomkern sind gleichviele Neutronen wie Protonen: > wenn weniger Protonen da sind, handelt es sich um ein Radionuklid Radionuklide sind radioaktiv, d.h. sie sind instabil und zerfallen 1. Aussendung von einem Neutrino (verlässt das Gewebe ungehindert / nicht messbar)und2. Aussendung von einem Positron, dieses trifft irgendwann auf ein Elektron und es kommt zur Annihilation > dabei entsteht Strahlung Es gibt α, β oder γ Strahlung Verschiedene Halbwertszeiten je Nuklid
• PET Messgegenstand PET misst Gamma- Strahlung Gamma- Strahlung ist gekennzeichnet durch 2 Photonen die bei der Annihilation im 180° Winkel mit 511keV abgesondert werden    
• PET Funktionsweise - Nuklide senden Positronen aus - Positron trifft in Körper auf ein Elektron > 2 hochenergetische Photonen werden in entgegengesetzte Richtungen geschleudert, dabei entsteht Gamma- Strahlung - PET hat ringförmigen Detektor für die Photonen (Erfassung der Gamma- Strahlung) Viele Photonen entsprechen einem Areal in dem sich viele Nukliden angereichert habenPET Ortsauflösung: 4-6 mmPET/CT Ortsauflösung: 0,35mm- Mittels CT (Computer Thomographie / „Röntgen “) Bildgebung am Computer möglich und Zuordnung zu Hirnarealen - heute: fast ausschließlich PET/CT Scanner
• Nuklide Meißt verwendete Nuklide: Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Gallium, Rubidium Herstellung: - Herstellung der Nukliden in einem Zyclotron- Die stabilen Zellkerne werden mit Protonen (H+) oder Deuteronen (2H+) beschossen > Kurze Halbwertszeit → Herstellung der Nukliden vor Ort
• PET Scanner Sensitivität (in Bezug zum gemessenen Volumen der Nukliden) im allgemeinen sehr gut, abhängig von der ... • Dosis des verabreichten Nuklids •Scandauer (abhängig vom verwendeten Nuklid) • Effizienz der Detektoren
• PET Detektoren Es gibt verschiedene Arten von Detektoren (Größe und Form)Ein Detektor besteht aus: Szintillatoren + PMTs> Szintillatoren: klare, sehr dichte Kristalle;um so dichter umso besser wird die Strahlung aufgefangen und umgewandelt > PMT: Photomultipler Tube Gamma Strahlung trifft auf Szintillator, dabei entsteht ein sehr schwacher LichtfunkeVerstärkung des Lichtfunken durch PMT: Photon trifft auf Photokathode des PMT> Pro Photon werden 10^6 Elektronen von der Photokathode ausgelöst> erfassbares Signal > gleichzeitig Signal auf Gegenseite > Errechnung des Nuklid - Ortes BGO = Szintillator;> kleine Szintillator Elemente entsprechen einer höheren räumliche Auflösung früher: Auflösung von 3cm x 2,5cm, konnte nur 12 Koinzidenzlinien erfassenheute: ein Blockdetektor mit 4 Photomultiplern (3D Bilder) hat 64 Szintillator Elemente (je 4x4x30mm) > Räumliche Auflösung 3mm> PET/CT räumliche Auflösung 0,4mm
• Grenzen räumlicher Auflösung Während der Detektor ein Signal verarbeitet bzw. dieses zu einem Bild verarbeitet wird, können keine Signale empfangen werden > max. Auflösung bei einem 80cm Durchmesser Thomograph ca. 2mm > max. Auflösung bei einem 40cm Durchmesser Thomograph ca. 1,2mm
• Probleme des PET Immer zwei Detektoren arbeiten zusammen, sie sind in Koinzidenz geschalten!
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• Probleme des PET Echte Koinzidenz (optimal) Gamma Strahlung mit je genau 511keV > geringe Zeitunterschiede bzw. kein gleichzeitiges Eintreffen an den Detektoren > zeitliche Definition als „gleichzeitig“ nötig
• Probleme des PET Einzelereignis Strahlung trifft nur auf einen der beiden Detektoren Gründe: Ablenkung auf dem Weg zum Detektor oder bevor Annihilation; zu hoher Energieverlust > Auftreffen mit weniger als 511keV > Strahlung wird nicht wahrgenommen Strahlung ist nicht ganz 180° (Gaus Verteilung)
• Probleme des PET Zufallskoinzidenz Zufällige, gleichzeitige Aktivation von zwei Detektoren
• Probleme des PET Gestreute Koinzidenz zuvor abgelenkte Strahlung trifft gleichzeitig mit Strahlung eines anderen Ereignisses auf ein Detektorenpaar > misst dann geringere Strahlung > Erkennen dass es sich nicht um eine echte Koinzidenz handelt möglich
• PET Zeitlicher Verlauf
• Tracer Kinetic Models Grundvoraussetzung für die quantitative Auswertung der Pharmakokinetik bei dynamischen PET- oder SPECT-Studien  
• Tracer kinetic modelling korrekte Quantifizierung der lokalen Radioaktivitätskonzentration > Korrekturen der gemessenen Rohdaten erforderlich!
• PET - Tracer Kinetic Models - Einflussgrößen Effekt der Photonen-Streuung > Zählratenverlusten> falscher Lokalisierung des Zerfallsortes      
• PET - Tracer Kinetic Models - Einflussgrößen Photonenabsorption > mindestens eines der beiden bei der e+e-- Paarvernichtung erzeugten Photonen wird im Patienten absorbiert > Zählratenverluste
• PET - Tracer Kinetic Models - Einflussgrößen Recovery-Problem eingeschränkte räumliche Auflösung bei kleinen StrukturenJe kleiner die Struktur, desto schwieriger ist es genaue Aussagen über sie zu treffen!!
• PET - Tracer Kinetic Models - Einflussgrößen Kofpbewegungen im Mittel 3 mm bis max. 10 mm
• Transportsysteme Blutsystem→ Berechnung der lokalen Perfusion (in ml Blut / ml Gewebe / min)Glukose (natürliche Substrate)→ lokale Glukoseumsatzrate (in mmol Glukose / ml Gewebe / min)Bindung an EnzymeLiganden→ lokale Bindungspotentiale von Rezeptor- Liganden-Systemen                (in ml Blut / g Gewebe)
• Untersuchungen am menschlichen Gehirn Between-subject Erhebung von Experimental- und KontrollgruppeVerwendung von 18FRauschen wird durch Überlagerung der Bilder mehrere Versuchspersonen kontrolliert
• Untersuchungen am menschlichen Gehirn Within-Subject Entweder: Verwendung von 18F und Überlagerung von Bildern, die zu unterschiedlicher Zeit entstanden sindOder: Verwendung von 15O und MehrfachmessungDurchlaufen je einer Kontrollaufgabe und einer Experimentalaufgabe
• PET - Untersuchungen am menschlichen Gehirn Gebiete 1. Task-spezifische Aufgaben 2. Zerebrale Entwicklung und Neuronale Plastizität 3. Epilepsie und kompensatorische Reorganisation 4. Demenz und Bewegungsstörungen 5. Gehirntumore/ Krebs

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